[发明专利]一种多媒体业务QoE资源分配方法

权利要求书

1.一种多媒体业务QoE资源分配方法,其特征在于，包括以下步骤；

S1：设计基于SDN的多媒体业务QoE资源分配任务模型；

S2：设计基于SDN的多媒体业务QoE资源分配网络模型；

S3：设计基于SDN的多媒体业务QoE资源分配的网络整体效用函数；

S4：提出满足整体效用函数的最优网络资源分配算法；

步骤S1的设计过程为；

以音视频流服务为例，任务模型包括四部分：缓存，编码，转发和播放，一个服务分解成一组任务描述为任务的定向非循环图DAG，表示为：G_t＝(T,E_t)，T＝{1,2,...,Δ}代表一系列任务,E_t＝(e_vw)是一组边，每个边e_vw表示从任务v到任务w的单向数据传输，二进制向量X_i＝[x_iλ]，其中λ∈T表示分配给网络中的每个节点i，x_iλ是表示对应于任务λ的节点i的当前状态的布尔值，当节点i执行任务λ，则x_iλ＝1；

步骤S2的设计过程为；

网络建模为DAG，G_z＝(Z,E_z)，顶点Z＝(1,...,i,...,N)表示节点，链接E_z＝(e_ij)表示边，DAG的每个节点是基于NFV的网络元件NE，其中每个NFV包括多个VM，使用以下组件描述SDN/NFV概述的网络模型：

(1)硬件资源：包括计算、存储和网络模块，这些是分别与CPU，内存和网络相关的物理资源；

(2)虚拟化层抽象硬件资源，并将VNF虚拟网络功能定位到虚拟化基础设施；

(3)虚拟资源由vCompute，vStorage和vNetwork模块组成，数据平面包括由SDN控制器通过使用OpenFlow协议的南联盟API控制的VNF，SDN控制器通过NorthboundAPI与管理平面中的QoE管理应用程序进行通信，以便监视和管理数据平面中的媒体流；

步骤S3的设计过程为；

为了形成网络性能与用户感知质量之间的相关性，定义了效用函数，效用函数的概念是从经济学的角度出发，提供了反映各种服务性能先决条件，用户满意程度，不同类型的网络不同资源和不同类型的QoS配置机制和功能的通用实用性优化的规范化和透明的方法的手段问题，算法通过最大化网络效用函数来决定哪个特定的NE应该执行给定的任务λ；

整体效用函数包括执行任务λ的节点i的收益和成本，λ∈T，i∈Z，目标函数定义为：

其中α，β是加权因子，x_iλ是一个布尔变量，如果节点i执行任务λ，则x_iλ＝1，如果在节点i中执行任务λ，b_iλ为执行任务的收益，c_iλ是指运行任务λ的节点i的成本，它被定义为CPU和存储器的资源消耗的成本，即cost＝f，f代表CPU或存储器，并且计算如下：

其中γ，δ是与节点i相关的比例因子，为根据节点i中的特定任务所需的CPU和存储器来加权成本，编码任务比转发任务需要更多的CPU和内存，这些权重取决于节点i；此外，收益涉及到关于延迟、抖动、带宽和丢包的QoS水平，b_iλ被定义为在节点i运行任务λ的执行益处，采用如下模型将QoS参数映射到音视频流服务的QoE度量，该模型由归一化的QoS值导出如下：

其中A是与标准清晰度SD或高清HD的音视频分辨率等级有关的常数，如果订阅的服务类别为高，则将常量A分配给较高的值，这意味着在相同QoS级别的网络条件下，优质服务用户的请求高于普通服务用户的QoE级别，R是根据GoP长度反映音视频帧的结构的常数，并且其被定义为R＝24.Qr是确定音视频流服务的总体QoE的常数因子，常数Qr设定为0.95；归一化的QoS值是指网络性能，使用公式简单地计算出QoS(C)值，为将网络层中测量的QoS参数与所分配的权重相乘的值的总和，这些权重根据服务的接入网络的类型进行选择，所考虑的QoS参数是分组丢包PL，分组抖动PJ，分组延迟PD和带宽BW，归一化的QoS值反映了网络条件，计算如下：

QoS(C)＝PL*W_PL+PJ*W_PJ+PD*W_PD+BW*W_BW 公式4

其中W_PL、W_PJ、W_PD、W_BW分别表示：分组丢包PL、分组抖动PJ、分组延迟PD和带宽BW在计算QoS(C)值所占的权重；

限制条件1：每个任务λ必须在至少一个节点上执行；

限制条件2：每个节点一次只能执行一个任务；

限制条件3：如果节点i正在执行任务λ，则要执行任务(λ+1)的节点j必须与节点i有e_ij＝1的关系；

限制条件4：每个网络元素具有特定的可用资源，每个任务需要特定的资源量，因此，每个网络元素的可用资源不能小于所需的资源量；对于节点i∈Z，将可用资源集合定义为可用＝{CPU，内存，...}对于任务λ∈T，定义一组必需的资源为Requiredλ＝{CPUλ，Memoryλ，...}；

步骤S4的资源分配算法步骤如下：

(1)基于网络拓扑，该算法查找将每个媒体服务器的音视频传送给每个客户端的所有路径，并创建一个列表；

(2)基于所提出的网络模型和任务模型以及前面的列表，创建一个考虑到所有约束的所有可能路径的新列表，此外，每个路径必须从音视频服务器节点开始，并以客户端节点结尾，并且必须包括执行所有任务的节点；

(3)对于每个路径，采用公式4计算路径的QoS(C)值，由于拓扑中路径的每条链路都具有不同的延迟和带宽，所以算法考虑路径的平均延迟和平均带宽；

(4)对于每个路径，然后根据公式3计算路径的收益，通过考虑路径的QoS(C)值Qr、分辨率等级A和音视频帧R的结构，其中Qr为决定音视频流的整体QoE的因子；

(5)对于每个路径，根据公式2计算路径成本，通过考虑所需量的CPU和内存的任务λ；

(6)采用公式1，使用公式3和公式2的计算结果，来计算公式1的Unet值；

(7)该算法将使用具有最高Unet值的路径将音视频传递给客户端，算法结束。